GMP 小分子在干細胞療法研究中的應(yīng)用
■ 干細胞與干細胞療法
干細胞是一種未分化的細胞，具有分化為多種類型細胞的潛力。干細胞療法是一種利用干細胞或其衍生細胞，對患病、失調(diào)或者損失組織進行修復(fù)的移植治療方法。干細胞具有多向分化潛能以及免疫調(diào)節(jié)能力，其應(yīng)用療法彌補了目前傳統(tǒng)化學(xué)藥物的不足，在結(jié)腸炎、糖尿病、關(guān)節(jié)炎、肝硬化、腎臟、心臟病、慢性阻塞性肺疾病等慢性疾病的治療帶來了新希望[1]。因此隨著技術(shù)和研究的發(fā)展，干細胞療法領(lǐng)域的優(yōu)勢日益凸顯，受到了極高的關(guān)注[1] 。目前全球已有超 40 款干細胞藥物上市，涉及適應(yīng)癥廣泛，包括膝關(guān)節(jié)軟骨損傷、移植物抗宿主病、I 型糖尿病等 (表 1)。
表 1. 部分上市干細胞產(chǎn)品信息
誘導(dǎo)多能干細胞 (induced Pluripotent Stem Cells, iPSCs) 是干細胞的一種，通過基因編輯將終末分化的體細胞去分化重編程獲得[2]。誘導(dǎo)多能干細胞技術(shù)的問世解決了免疫排斥的風(fēng)險和倫理爭議的問題，因此 2006 年日本科學(xué)家中山伸彌報道以來，iPSCs 就成為了干細胞研究領(lǐng)域的研究熱點。目前臨床實驗中有 111 項 iPSCs 相關(guān)的在研項目[3]，主要應(yīng)用于治療退行性疾病和對損傷組織、細胞的修復(fù)，例如脊髓損傷、黃斑病變、血小板減少癥、關(guān)節(jié)軟骨損傷等疾病[2,4-5]。
盡管 iPSCs 具有很大的治療潛力，但其在重編程過程中所引入基因?qū)е?iPSCs 來源的細胞在移植后形成腫瘤或腫瘤樣病變，因此基因編輯重編程技術(shù)在臨床研究上的安全性有待商榷。2013 年，北大鄧宏魁團隊報道了通過小分子誘導(dǎo)，利用 CHIR99021、Y-27632、E-616452 (RepSox) 等小分子抑制 GSK3β、ROCK、TβRI 等靶點，將體細胞重編程為多潛能干細胞 (Chemically induced Pluripotent Stem Cells, CiPSCs)[6]，并在今年成功完成了人 CiPSCs 的誘導(dǎo)[7]。相較于傳統(tǒng)的方法，化學(xué)小分子誘導(dǎo)的方法規(guī)避了轉(zhuǎn)基因操作帶來的潛在遺傳風(fēng)險，并且具有易操作、可精準調(diào)控等優(yōu)點，更能適應(yīng)于臨床上的規(guī)范化和標準化要求，是再生醫(yī)學(xué)的全新領(lǐng)域。
圖 1. 人體細胞化學(xué)重編程誘導(dǎo)人 CiPSCs[7]
利用小分子抑制纖維細胞的特征、促進細胞增殖能力和激活去分化相關(guān)基因，分階段使用不同組合的小分子逐步誘導(dǎo)人體細胞重編程為人化學(xué)誘導(dǎo)多能干細胞
在干細胞療法中，化學(xué)小分子誘導(dǎo)的應(yīng)用不僅展示在多能干細胞的重編程上，也在干細胞衍生細胞的定向分化誘導(dǎo)中起到了至關(guān)重要的作用。截止目前為止，小分子化合物在干細胞療法中可以發(fā)揮以下的作用 (圖 2)：
a. 引入新的重編程方法，加速誘導(dǎo)多能干細胞的產(chǎn)生[6-7]；
b. 維持體外培養(yǎng)干細胞的分化潛能和自我更新能力[8]；
c. 誘導(dǎo)干細胞的定向分化[9]；
d. 誘導(dǎo)成體細胞轉(zhuǎn)分化成為另一種成體細胞[10]。
圖 2. 小分子化合物與干細胞療法
在干細胞調(diào)控中，小分子化合物具有以下不可替的優(yōu)點：a. 成本低、儲存方便，純度高，批次間的穩(wěn)定性好；
b. 作用快：小分子可滲透細胞，相較于基因編輯法作用效果更快，縮短了重編程和分化的時間；
c. 安全性更高：小分子不存在傳統(tǒng)基因編輯法的遺傳風(fēng)險；
d. 時空調(diào)控性強：小分子化合物誘導(dǎo)效果會隨著濃度和時間的變化而改變，在不同的實驗方案中會起到不一樣的效果，并且生物學(xué)效果可逆。
小分子化合物在標準化和規(guī)�；苽浼毎隙加兄薮蟮膬�(yōu)勢，是細胞療法的重要輔助材料。在干細胞治療的應(yīng)用研究中，保證原材料的穩(wěn)定和質(zhì)量對于細胞標準化制備來說至關(guān)重要�，F(xiàn)在 MCE 推出了Good Manufacturing Practice (GMP) 級別的小分子化合物，按照 ICH Q7[11] 指南相關(guān)章節(jié)進行生產(chǎn)，保證了產(chǎn)品的高質(zhì)量、生產(chǎn)可追溯性以及批次間的穩(wěn)定性和一致性。
MCE 提供的 GMP 小分子化合物可用于干細胞的重編程、干性維持、轉(zhuǎn)分化、增殖擴增和定向分化，可以降低后期臨床實驗中試劑轉(zhuǎn)化的風(fēng)險和成本。
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相關(guān)產(chǎn)品 |
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Laduviglusib (GMP) 是 GMP 級別的 Laduviglusib。Laduviglusib 是一種 GSK-3α/β 抑制劑。可誘導(dǎo)成纖維細胞向神經(jīng)細胞轉(zhuǎn)化；誘導(dǎo)成纖維細胞、腎源類器官轉(zhuǎn)化成多能干細胞；誘導(dǎo)多能干細胞向成肌細胞、胰島細胞的分化；維持體外培養(yǎng)多能干細胞的干性和增殖能力。 |
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Y-27632 dihydrochloride (GMP) 是 GMP 級別的 Y-27632 dihydrochloride。Y-27632 dihydrochloride 是一種 ATP 競爭性的 ROCK 抑制劑，可增強人多潛能干細胞向肌源性細胞分化能力。 |
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XAV-939 (GMP) 是 GMP 級別的 XAV-939。XAV-939 是一種 Tankyrase 抑制劑，對 TNKS1 和 TNKS2 具有抑制活性。可誘導(dǎo)人多能干細胞分化為功能性神經(jīng)元；促進多能干細胞向成骨細胞分化的能力。 |
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SB-431542 (GMP) 是 GMP 級別的 SB-431542。SB-431542 是一種 TGF-β 受體激酶抑制劑，可誘導(dǎo)人多能干細胞向胰島細胞、功能性神經(jīng)細胞分化。 |
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LDN193189 (GMP) 是 GMP 級別的 LDN193189。LDN193189 是一種選擇性的 BMP I 型受體抑制劑，可誘導(dǎo)人多能干細胞向胰島細胞、造血祖細胞的分化。 |
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RepSox (GMP) 是 GMP 級別的 RepSox。RepSox 是一種 TGF-β-RI/ALK5受體激酶抑制劑，可誘導(dǎo)人多能干細胞向胰島細胞、功能性神經(jīng)細胞分化。 |
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參考文獻
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[1] Mousaei Ghasroldasht M, et al. Stem Cell Therapy: From Idea to Clinical Practice. Int J Mol Sci. 2022;23(5):2850.[2] Current status and future directions of clinical applications using iPS cells—focus on Japan[J]. The FEBS Journal.
[3] Mandai M, et al. Autologous Induced Stem-Cell-Derived Retinal Cells for Macular Degeneration. N Engl J Med. 2017 Mar 16;376(11):1038-1046.
[3] https://clinicaltrials.gov/
[4] Nakamura S, et al. Ex vivo generation of platelet products from human iPS cells. Inflamm Regen. 2020 Dec 1;40(1):30.
[5] Japan Agency For Medical Research and Development(2020) Clinical trial with human ES cells for congenitalurea cycle disorder, 20200521
[6] Hou P, et al. Pluripotent stem cells induced from mouse somatic cells by small-molecule compounds. Science. 2013, 341(6146):651-4.
[7] Guan J, et al. Chemical reprogramming of human somatic cells to pluripotent stem cells. Nature. 2022 May;605(7909):325-331.
[8] Du Y, et al. Human pluripotent stem-cell-derived islets ameliorate diabetes in non-human primates. Nat Med. 2022;28(2):272-282.
[9] Dunn NR. Self-renewal made simple. Cell Stem Cell. 2008;3(1):7-8.
[10] Cao N et al. Conversion of human fibroblasts into functional cardiomyocytes by small molecules. Science. 2016;352(6290):1216-1220.
[11] https://www.ich.org/page/quality-guidelines
